Лекция 1 Информация и информационные процессы Информационные

Лекция № 1 Информация и информационные процессы. Информационные технологии. История развития информационных технологий. 1

План занятия 1. Понятие информации 2. Роль информации в живой природе и в жизни людей. 3. Виды информации 2

Понятие информации Слово «информация» происходит от латинского слова informatio, что в переводе означает сведение, разъяснение, ознакомление. В наиболее общем случае под «информацией» понимаются сведения (данные), которые воспринимаются живым существом или устройством и сообщаются (получаются, передаются, преобразуются, сжимаются, разжимаются, теряются, находятся, регистрируются) с помощью знаков. ! Общепринятого определения информации не существует. 3

Информация в физике В физике мерой беспорядка, хаоса для термодинамической системы является энтропия системы, тогда как информация (антиэнтропия) является мерой упорядоченности и сложности системы. По мере увеличения сложности системы величина энтропии уменьшается, и величина информации увеличивается. ИНФОРМАЦИЯ Анти. Энтропия(порядок) Энтропия(хаос) 4

Информация в Биологии Ярким примером информации в биологии служит, генетическая информация. Гены представляют собой сложные молекулярные структуры, содержащие информацию о строении живых организмов. Последнее обстоятельство позволило проводить научные эксперименты по клонированию, то есть созданию точных копий организмов из одной клетки. 5

Информация в Кибернетике(науке об управлении) Описание процессов управления в сложных системах (живых, технике)

Информация в Кибернетике(науке об управлении) Описание процессов управления в сложных системах (живых, технике) Системы управления разомкнутые Контроллер дисковода изменяет состояние магнитной головки при записи на диск (действие) замкнутые При изменении скорости водителем меняются показатели спидометра (действие, инф. об изменении – параметры) 7

Социально значимые свойства информации ПОЛЕЗНАЯ ПОНЯТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ АКТУАЛЬНАЯ ДОСТОВЕРНАЯ ПОЛНАЯ 8

ВИДЫ ИНФОРМАЦИИ ü Глазами люди воспринимают зрительную информацию; ü Органы слуха доставляют информацию в виде звуков; ü Органы обоняния позволяют ощущать запахи; ü Органы вкуса несут информацию о вкусе еды; ü Органы осязания позволяют получить тактильную информацию. Виды информации, которые человек получает с помощью органов чувств, называют органолептической информацией. Практически 90% информации человек получает при помощи органов зрения, примерно 9% — посредством органов слуха и только 1% — при помощи остальных органов чувств. 9

Информационные процессы üСбор информации üОбработка информации ü Передача информации üХранение информации üПоиск информации 10

Обработка информации Входная информация – это информация, которую получает человек или устройства. Выходная информация – это информация, которая получается после обработки человеком или устройством. Обработка информации — процесс планомерного изменения содержания или формы представления информации. 11

Обработка информации производится в соответствии с определенными правилами некоторым субъектом или объектом (например, человек или автоматическое устройство). Входная информация, представленная в символьной форме (знаки, буквы, цифры, сигналы), называются входными данными. В результате обработки исполнителем получают выходные данные. 12

Передача информации В любом процессе передачи или обмене информацией существует ее источник и получатель, а сама информация передается по каналу связи с помощью сигналов: механических, тепловых, электрических и др. ИСТОЧНИК КОДЕР КАНАЛ СВЯЗИ ПОЛУЧАТЕЛЬ ДЕКОДЕР ПОЛУЧАТЕЛЬ 13

Хранение информации Носитель информации — материальный объект, предназначенный для хранения и передачи информации. 14

Поиск информации — это извлечение хранимой информации. Существуют ручной и автоматизированный методы поиска информации в хранилищах. Методы поиска информации: ● непосредственное наблюдение; ● общение со специалистами по интересующему вас вопросу; ● чтение соответствующей литературы; ● запрос к информационным системам, базам и банкам компьютерных данных; ● другие методы. 15

ИНФОРМАТИКА Информатика - наука общих свойствах информации, закономерностях и методах её поиска и получения, хранения, передачи, переработке, распространения в квантовых системах, во вселенной, в растительном и животном мире, а также науку о способах её использования для решения задач термодинамики, молекулярной физики. 16

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИТ — это комплекс взаимосвязанных научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительная техника и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и 17 культурные проблемы.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Информационная технология - совокупность конкретных средств, с помощью которых человек выполняет разнообразные операции по обработке информации во всех сферах своей жизни и деятельности. Информационные технологии предназначены для снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов. 18

КОЛИЧЕСТВО ИНФОРМАЦИИ. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ 19

Единица измерения информации За единицу количества информации бит принято такое ее количество, которое имеет место при уменьшении неопределенности в два раза. 20

Единица измерения информации В компьютере информация представлена в двоичном коде, т. Е. на машинном языке, алфавит которого состоит из двух цифр (0 и 1). Эти цифры представляют собой по сути два равновероятных состояния. При записи одного двоичного разряда реализуется выбор одного из двух возможных состояний (одной из двух цифр), т. е. неопределенность уменьшается в два раза. Отсюда следует, что один двоичный разряд несет количество информации в 1 бит. 21

Единица измерения информации Число различных символов N, которое можно записать с помощью I двоичных разрядов: В информатике наиболее употребляемой единицей измерения количества информации является байт, причем 1 байт = 8 бит. Производные единицы измерения количества информации следующие: 1 Кбайт = 210 байт = 1 024 байт; 1 Мбайт = 2 10 Кбайт = 1 024 Кбайт. 22

СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ВВОДА В ЭВМ 23

Кодирование информации Все виды информации кодируются в последовательности электрических импульсов: есть импульс - 1, нет импульса - 0, т. е. в последовательности нулей и единиц Такое кодирование информации в компьютере называется двоичным кодированием, а логические последовательности нулей и единиц - машинным языком. 24

Кодирование числовой информации Двоичное коgирование числовой информации заключается в том, что числа в компьютере представлены в виде последовательностей 0 и 1, или битов. Пример: если для кодирования использовать 8 бит, то максимальное обрабатываемое целое десятичное число не может превышать 1111 в двоичной системе. 25

Единица измерения информации Двоичное коgирование текстовой информации используют для кодирования каждого символа 1 байт (8 двоичных разрядов), что позволяет закодировать N = 28 = 256 различных символов, которых обычно бывает достаточно для представления текстовой информации: прописные и строчные буквы русского и латинского алфавитов, цифры, знаки, графические символы. Присвоение символу конкретного двоичного кода произведено в соответствии с принятым соглашением, зафиксированным в кодовой таблице. 26

Единица измерения информации Двоичное коgирование графической информации Любая графическая информация на экране монитора представляется в виде изображения, которое формируется из точек (пикселов). В случае обычного черно-белого изображения (без градаций серого цвета) каждая точка экрана может иметь лишь два состояния - «черная » или «белая» , т. е. для хранения ее состояния необходим 1 бит. 27

Глубина цвета Цветные изображения могут иметь различную глубину цвета, определяемую числом битов на точку: 4, 8, 16. Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, и тогда по формуле N = 2 I может быть вычислено число цветов, отображаемых на экране монитора. объем видеопамяти = число точек х глубина цвета 28

Двоичное коgирование звуковой информации по сути представляет собой двоичное кодирование непрерывного звукового сигнала после его дискретизации, т. е. преобразования в последовательность электрических импульсов - выборок. 29

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРОВ 30

Архитектура ЭВМ Под архитектурой ЭВМ понимается совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач. Есть открытая и закрытая архитектуры. Архитектуру вычислительного средства следует отличать от его структуры. 31

Архитектура ЭВМ Структура вычислительного средства определяет его конкретный состав на некотором уровне детализации (устройства, блоки, узлы и т. д. ) и описывает связи внутри системы. 32

Архитектура ЭВМ В соответствии с принципом открытой архитектуры на основной электронной плате компьютера IВМ РС - системной, или материнской, - размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации (вычисления). Схемы, управляющие всеми остальными (периферийными) устройствами компьютера – монитором, дисками, принтером, реализованы на отдельных платах (контроллерах), которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате - 33 слоты.

Архитектура ЭВМ К этим электронным схемам подводится электропитание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий корпус - системный блок. Открытость архитектуры заключается в том, что для IBM Рссовместимых компьютеров все спецификации взаимодействия внешних устройств с контроллерами, контроллеров с системной платой (шиной) доступны. 34

Классическая Архитектура Фон-Неймана 35

Классическая Архитектура Фон-Неймана Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер. Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью. 36

Классическая Архитектура Фон-Неймана 37

Системная шина Магистраль – устройство, которое осуществляет взаимосвязь и обмен информацией между всеми устройствами компьютера. Магистраль включает в себя три многоразрядные шины, представляющие собой многопроводные линии: шину данных, шину адреса, шину управления. По шине данных между устройствами передаются данные, по шине адреса от процессора передаются адреса устройств и ячеек памяти, по шине управления передаются управляющие сигналы. Основными характеристиками системной шины является разрядность и частота 38

Пропускная способность Быстродействие устройства зависит от тактовой частоты тактового генератора (измеряется в МГц) и разрядности, т. е. количества битов данных, которое устройство может обработать или передать одновременно (измеряется в битах). Дополнительно в устройствах используется внутреннее умножение частоты с разными коэффициентами. Пропускная способность шины данных (измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в Гц = 1/с). Пропускная способность шины = Разрядность шины × Частота шины 39

40

Шина памяти Обмен данными между процессором и оперативной памятью производится по шине памяти, частота которой может быть меньше, чем частота шины процессора. Если частота шины памяти равна 533 МГц, а разрядность шины памяти, равная разрядности процессора, составляет 64 бита, то пропускная способность шины памяти равна: 64 Бит × 533 МГц = 34 112 Мбит/с ≈33 Гбит/с ≈ 4 Гбайт/с 32 Бит x 600 Мгц = 19 200 Мбит/с = 18 Гбит/с = 2. 2 Гб/с 41

42

RS-232(последовательный порт, COM-порт) 43

SATA 44

СОСТАВ ПК 45

Состав ПК Конфигурацию ПК можно изменять по мере необходимости. Но, существует понятие базовой конфигурации, которую можно считать типичной: • системный блок; • Монитор; • Клавиатура; • мышка. 46

Основные составные части типичного персонального компьютера: Системный блок в составе: 2 — материнская плата, 3 — центральный процессор, 4 —оперативная память, 5 — карты расширений, 6 —блок питания, 7 — оптический привод, 8 — жёсткий диск; периферийные устройства: 1 — монитор, 9 —компьютерная мышь, 10 — клавиатура 47

Основные составные части типичного персонального компьютера: Системный блок в составе: 2 — материнская плата, 3 — центральный процессор, 4 —оперативная память, 5 — карты расширений, 6 —блок питания, 7 — оптический привод, 8 — жёсткий диск; периферийные устройства: 1 — монитор, 9 —компьютерная мышь, 10 — клавиатура 48

СИСТЕМНЫЙ БЛОК Системный блок — корпус, содержащий внутри системную/м атеринскую плату, в который монтируют дополнительные уст ройства, платы и блоки. 49

Типы корпусов 1. Горизонтальные (размеры указаны в миллиметрах): 1. 1 Desktop (533× 419× 152)

2. Вертикальные: 2. 1 Mini. Tower (152× 432)

2. 2 Midi. Tower (173× 432× 490)

2. 3 Big. Tower (190× 482× 820)

2. 4 Super. Big. Tower (разные размеры)

Материнская плата (англ. motherboard, MB; также mainboard, сленг. мама, мамка, мать, материнка ) — сложная многослойная печатная плата, являющаяся основой построения вычислительной системы (компьютера). 55

В качестве основных (несъёмных) частей материнская плата имеет: • разъём процессора (ЦПУ), • разъёмы оперативной памяти (ОЗУ), • микросхемы чипсета (подробнее см. северный мост, южный мост), • загрузочное ПЗУ, • контроллеры шин и их слоты расширения, • контроллеры и интерфейсы периферийных устройств. 56

Форм-фактор материнской платы — стандарт, определяющий размеры материнской платы для компьютера, места её крепления к шасси; расположение на ней интерфейсов шин, портов вводавывода, разъёма процессора, слотов для оперативной памяти, а также тип разъема для подключения блока питания. 57

Форм-фактор Устаревшими являются форматы: Baby. AT; полноразмерная плата AT; LPX. Современные и массово применяемые форматы: ATX; Mini-ATX; micro. ATX. Внедряемые форматы: Mini-ITX и Nano. ITX; Pico-ITX; Flex. ATX; NLX; WTX, CEB; BTX, Micro. BTX и Pico. BTX. . 58

ПРОЦЕССОРЫ 59

Процессор, или центральный процессор ( Central Processing Unit - CPU) - основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера. CPU представляет собой «сердце » материнской платы, поскольку находится в постоянном взаимодействии с другими элементами материнской платы. 60

Процессор Физически процессор или микропроцессор представляет собой интегральную схему - тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы, на которой размещены главные функциональные компоненты: 1) ядро - главный компонент процессора, осуществляющий выполнение команд; 2) сопроцессор - специальный модуль для выполнения операций с «плавающей точкой» (или запятой); 61

Процессор З) модуль предсказания перехода (Branch Predictor), который определят изменение последовательности команд после перехода, для того чтобы переслать эти команды заранее в декодер команд; 4) кэш-память первого уровня - сверхбыстрая память, предназначенная для хранения промежуточных результатов вычислений; 5) кэш-память второго уровня; 6) интерфейсный модуль системной шины, по которой в CPU поступают команды и данные, а также передаются данные из CPU. 62

Процессор Микропроцессор содержит миллионы транзисторов, соединенных между собой тончайшими проводниками из алюминия или меди и используемых для обработки данных. Так формируются внутренние шины. В результате микропроцессор выполняет множество функций - от математических и логических операций до управления работой других микросхем и всего компьютера. Кристалл-пластинка помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется проводниками с металлическими штырьками, чтобы его можно было установить на системную плату компьютера. 63

Производительность CPU характеризуется следующими основными параметрами: • степень интеграции; • разрядность обрабатываемых данных; • тактовая частота; • память, к которой может адресоваться CPU; • объем установленной кэш-памяти. 64

Степень интеграции микросхемы CPU (чипа) показывает, какое число транзисторов в ней умещается. 65

Разрядность обрабатываемых данных определяется количеством бит информации, которое процессор может обрабатывать одновременно: 16, 32 или 64. Первый 64 -разрядный процессор появился в 2001 г. - Intel Itanium. 66

Тактовая частота - это количество тактов (операций) процессора в секунду. Тактовая частота процессора пропорциональна частоте шины (FSB, см. "Частота шины"). Как правило, чем выше тактовая частота процессора, тем выше его производительность. Но подобное сравнение уместно только для моделей одной линейки, поскольку, помимо частоты, на производительность процессора влияют такие параметры, как размер кэша второго уровня (L 2), наличие и частота кэша третьего уровня (L 3), наличие специальных инструкций и другие. 67

Тепловыделение(Измеряется в Ваттах ) - это мощность, которую должна отводить система охлаждения, чтобы обеспечить нормальную работу процессора. Чем больше значение этого параметра, тем сильнее греется процессор при работе. 68

Объем памяти, к которой может адресоваться CPU, определяется объемом оперативной памяти ПК, поскольку данные, которые обрабатывает CPU, должны располагаться в RАМ. Если процессоры ПК первого поколения имели максимальный объем адресуемой памяти 1 Мбайт, то у процессоров шестого и седьмого поколений эта величина составляет 64 Гбайт. 69

Кэш-память – это сверхбыстрая память используемая процессором, для временного хранения данных, которые наиболее часто используются. 70

71

Плюсы и минусы КЭШ-памяти Кэш-память построена на триггерах, которые, в свою очередь, состоят из транзисторов. Группа транзисторов занимает гораздо больше места, нежели те же самые конденсаторы, из которых состоит оперативная память. Кэш память является очень дорогой памятью, при этом обладая ничтожными объёмами. Главное преимущество такой памяти – скорость. Кэш-память способна работать на таких же частотах, что и современные процессоры. Кэш-память размещена на кристалле процессора. 72

Уровни кэш-памяти процессора Современные процессоры, оснащены кэшем, который состоит, зачастую из 2–ух или 3 -ёх уровней: L 1 (первый уровень), L 2 (второй уровень), L 3 (третий уровень). 73

ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ 74

ОЗУ Оперативная память, или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), предназначено для приема, хранения и выgачи информации и представляет собой самую быстродействующую запоминающую систему компьютера. Оперативная память обозначается RАМ (Random Access Memory- память с произвольным доступом). 75

ОЗУ CPU имеет непосредственный доступ к данным, находящимся в оперативной памяти, а к внешней памяти (на гибких или жестких дисках) – через буфер, являющийся также разновидностью оперативной памяти. Работа программ, загруженных с внешнего носителя, возможна только после того, как она будет скопирована в RАМ. 76

Существенный недостаток ОЗУ, заключается в том, что она временная, т. е. при отключении питания оперативная память полностью очищается. При этом данные, не записанные на внешний носитель, будут утеряны. Основная задача RАМ - предоставлять необходимую информацию в виде двоичных кодов по запросам CPU, т. е. данные в любой момент должны быть доступны для обработки. Оперативная память относится к категории динамической памяти: ее содержимое остается неизменным в течение короткого промежутка времени, что требует периодического обновления памяти. 77

Характеристики микросхем памяти Основными характеристиками микросхем памяти различных типов являются: • объем; • разрядность; • быстродействие; • временная диаграмма (циклограмма 78

Разряgность шины ввода-вывода микросхемы определяется числом ее линий ввода-вывода. Общий объем микросхемы памяти определяется произведением глубины адресного пространства на количество линий ввода-вывода (разрядов). Глубиной адресного пространства микросхемы памяти называется количество битов информации, которое хранится в ячейках памяти. В частности, емкость микросхемы памяти, имеющей глубину адресного пространства 1 Мбайт и четыре линии ввода-вывода (четырехразрядную шину ввода-вывода), составляет 1 Мбитх4 = 4 Мбит. Такая микросхема обозначается 1 х4, 1 Мх4, хх4400 либо хх4401. 79

Быстроgействие микросхемы gинамической памяти определяется суммой времени последовательного выполнения элементарных действий между двумя операциями чтения либо записи данных - рабочим циклом (или циклом обращения). Он включает четыре последовательные операции считывания данных: выбор строки (RAS); выбор столбца (CAS), чтение или запись. Время, необходимое для чтения или записи данных, хранящихся по случайному адресу, называется временем доступа (Access time). 80

Временная gиаграмма характеризует число тактов, которые необходимы CPU для выполнения четырех последовательных операций считывания данных. Между CPU и элементами памяти недопустимо временное рассогласование, обусловленное различным быстродействием этих компонентов. 81

НАКОПИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ 82

Что есть накопитель информации Накопитель информации - устройство записи, воспроизведения и хранения информации, а носитель информации - это предмет, на который производится запись информации (диск, лента, твердотельный носитель). 83

Типы накопителей Накопители информации могут быть классифицированы последующим признакам: • способу хранения информации – магнитоэлектрические, оптические, магнитооптические; • виду носителя информации - накопители на гибких и жестких магнитных дисках, оптических и магнитооптических дисках, магнитной ленте, твердотельные элементы памяти; 84

Типы накопителей • способу организации доступа к информации – накопители прямого, последовательного и блочного доступа; • типу устройства хранения информации – встраиваемые (внутренние), внешние, автономные, мобильные (носимые) и др. 85

НАКОПИТЕЛИ НА ГИБКИХ ДИСКАХ 86

Накопитель на гибких магнитных дисках ( floppy disk drive) — дисковод, предназначенный для считывания и записи информации с дискеты. 87

Конструктивно дисковод состоит из механических и электронных узлов: рабочего двигателя, рабочей головки, шагового двигателя и управляющей электроники. 88

Дискета — портативный магнитный носитель информации, используемый для многократной записи и хранения данных сравнительно небольшого объема. Этот вид носителя был особенно распространён в 1970 -х — конце 1990 -х годов. 89